Nano-inyección electroactiva para la transformación eficiente de células CAR-T

 

La terapia de células T primarias que expresan receptores quiméricos de antígeno (CAR, por sus siglas del inglés chimeric antigen receptor) es una inmunoterapia celular prometedora para tratar trastornos de la sangre y el cáncer. Sin embargo, la ingeniería genética de estas células ha sido un reto debido a la susceptibilidad de las células T a los métodos convencionales de transfección génica.   

Un grupo multidisciplinario de investigadores de Australia y Japón desarrolló una plataforma llamada nano-inyección electroactiva (ENI, por sus siglas del inglés electroactive nanoinjection) para introducir genes en las células T. Utilizaron nanotubos alineados verticalmente para generar un campo eléctrico localizado que induce poros transitorios en la membrana celular. El campo eléctrico producido por los nanotubos disminuye el voltaje requerido para la transfección génica a solo 10 volts, permitiendo una electroporación más suave sin la necesidad de emplear vectores virales. 

En comparación con otros métodos de transfección génica, la plataforma ENI mostró una eficiencia significativamente mayor con un mínimo impacto en la viabilidad celular. Además, en pruebas de laboratorio, las células CAR-T generadas mostraron una supresión efectiva del crecimiento de linfoma en células Raji.

Este descubrimiento tiene un gran potencial en aplicaciones clínicas en inmunooncología. La transfección eficiente y la expresión exitosa de genes CAR en células T primarias humanas abren nuevas posibilidades para el tratamiento del cáncer. La plataforma ENI podría mejorar la eficacia de la terapia con células CAR-T y reducir los efectos secundarios asociados con los métodos convencionales de transfección de genes.

Para mayores detalles, consultar: Advanced Materials 

Crecimiento de macroestructuras 3D de grafeno covalentemente estables que heredan el comportamiento eléctrico de las escalas micro.

 

La nanotecnología enfrenta el desafío de ensamblar nanomateriales para convertirlos en materiales macroscópicos de 3D. Para lograr esto, se requieren interconexiones efectivas y estables entre las unidades nanoestructuradas del ensamble. El grafeno es un nanomaterial muy interesante debido a sus extraordinarias propiedades y aplicaciones que incluyen: almacenamiento de energía, catálisis, electrónica y sensores. Por lo tanto, un objetivo importante de la nanotecnología es desarrollar métodos para construir grafeno 3D, covalentemente estable e interconectado que herede sus extraordinarias propiedades.

 

Un grupo de investigadores de China reportó un novedoso protocolo para el crecimiento covalente, capa por capa,  de una macroestructura 3D de grafeno puro (all-graphene macrostructure, AGM, por sus siglas en inglés). Lo lograron uniendo covalentemente polietersulfona (PES) bajo la irradiación de un láser de CO₂, obteniendo microestructuras 3D de grafeno poroso sin necesidad de introducir catalizadores, templetes o aditivos. El grafeno así obtenido presenta cristalinidad de muy alta calidad. La técnica para producir grafeno inducido por láser, conocida como LIG (laser-induced graphene, LIG, por sus siglas en inglés) se ha aplicado en dispositivos para almacenamiento de energía, micro y nanoelectrónica, entre otros. Esta estrategia sugiere nuevas posibilidades para la construcción de macroestructuras que conserven las propiedades intrínsecas del grafeno en aplicaciones de alto rendimiento.

 

Para mayores detalles, consultar: Advanced Functional Materials

Integración de materiales híbridos ultradelgados de alta constante dieléctrica sobre semiconductores bidimensionales

 

La reducción continua del tamaño de puerta de los transistores de efectos de campo (FETs) de tipo metal-óxido-semiconductor (MOS) basados en el Si se acerca a su límite fundamental. Uno de los retos es reducir el espesor del canal semiconductor para mitigar el efecto de disminuir el largo del canal. Una solución tecnológica para la próxima generación de FETs la brindan los semiconductores bidimensionales (2D) de van der Waals (vdW), como los dicalcogenuros de metales de transición (MoS₂, WSe₂, etc.) y el fósforo negro, los cuales pueden ser crecidos en capas con espesor atómico permitiendo un control de puerta sin precedentes en una arquitectura MOSFET.

Sin embargo, sigue siendo difícil integrar dieléctricos ultra-delgados y uniformes de alto valor de la constante dieléctrica κ en semiconductores 2D para fabricar FETs con mayor capacitancia de puerta.

Con este trabajo, un grupo de investigadores de China reportan una metodología versátil de dos pasos para integrar una película dieléctrica de alta calidad con un espesor de óxido equivalente (EOT, del inglés equivalent oxide thickness) menores a 1 nm sobre semiconductores 2D. Primero, empleando la evaporación térmica, depositaron una capa molecular inorgánica de Sb₂O₃ homogéneamente sobre MoS₂ la cual funciona como capa amortiguadora o mediadora. La capa molecular de Sb₂O₃ forma una interfaz óxido-semiconductor tipo vdW de alta calidad que elimina el carácter hidrofóbico del semiconductor 2D y a la vez, ofrece una superficie altamente hidrófila. Segundo, empleando la técnica de depósito por capas atómicas (ALD), logran crecer películas ultra-delgadas de alta-κ de HfO₂ sobre la capa de Sb₂O₃. 

Usando esta metodología, los investigadores fabricaron FET constituidos por una capa híbrida inorgánica dieléctrica de Sb₂O₃/HfO₂ con un mínimo EOT (0.67 nm) crecida sobre monocapas de MoS₂. Los transistores exhiben una relación de encendido/apagado de más de 106 utilizando un voltaje operativo ultra bajo de 0.4 V, logrando una eficiencia de activación sin precedentes. Sus resultados contribuyen al camino para integrar materiales 2D, dieléctricos y semiconductores, en la fabricación de los próximos dispositivos electrónicos ultra-pequeños de baja potencia.

 

El trabajo fue publicado en Nature Materials.

Control coherente de huecos en orbitales de un punto cuántico semiconductor

 

Las tecnologías necesarias para desarrollar fotónica cuántica demandan fuentes de luz y compuertas lógicas cuánticas. Para esto es necesario contar con pulsos entonables a frecuencias de teraherz y así poder manipular estados electrónicos externos de orbitales para lograr la manipulación coherente de portadores de carga en puntos cuánticos

 

Investigadores de China, Alemania y Reino Unido  crearon un bit cuántico en una nanoestructura semiconductora consistente en una gota epitaxial de GaAs. Usando una transición de energía especial, crearon un estado de superposición en un punto cuántico, un área diminuta del semiconductor, en el que un estado correspondiente a un hueco de un electrón poseé simultáneamente dos niveles de energía diferentes. Tales estados superpuestos son fundamentales para la computación cuántica.

 

En 2021, un equipo de investigación logró por primera vez estimular la transición Auger radiativa en un semiconductor, en la que un electrón se recombina con un hueco, liberando su energía en forma de un solo fotón y  otra parte se transfiere  a otro electrón. El mismo proceso se puede observar entre huecos. En este trabajo se demuestra que, por medio de el proceso Auger radiativo, es posible el control ultrarápido y coherente de huecos en orbitales externos de un punto cuántico 

 

 

 

Este trabajo abre nuevas posibilidades para comprender las propiedades fundamentales de los estados orbitales externos como emisores cuánticos de luz y asi desarrollar nuevos tipos de dispositivos fotónicos cuánticos basados en dichos orbitales.

            

Mas información en Nature Nanotechnology

Emisión de fotones en la banda-C por puntos cuánticos de (In,Ga)As generados por llenado de nanohoyos

 

Los protocolos para las nuevas comunicaciones cuánticas demandan fuentes capaces de producir pares de fotones entrelazados (entangled en inglés), de preferencia en la banda-C (1530-1565 nm) que  minimiza las pérdidas en la transmisión de señales por medio de fibras ópticas de silicio. Una posible alternativa son los puntos cuánticos (QD’s) de semiconductores crecidos epitaxialmente en los que se ha demostrado la posibilidad de generar fotones individuales y pares de fotones entrelazados, lo que ya se demostró para QD’s de InAs en una matriz de In_xGa _1−xAs pero por el modo de crecimiento Stransky-Krastanov que introduce esfuerzos y las consecuentes deformaciones en los QD’s.

 

Una nueva ruta para fabricar QD’s  libres de deformaciones consiste en llenar nanohoyos producidos por un ataque químico local a base de nanogotas. En este caso, se deposita Al sobre una capa del semiconductor Al_xGa_1−xAs, sin flujo de As, mediante el método de epitaxia de haces moleculares (Molecular Beam Epitaxy, MBE, por sus siglas en inglés). La gota del metal así formada, crece en el modo Volmer-Weber. Mediante un recocido posterior, el As se difunde de la capa superficial a la parte inferior de la gota lo que resulta en un nanohoyo. Estos nanohoyos se llenan con GaAs para luego cubrirse con otra capa de Al_xGa_1−xAs que constituye la barrera. Los QD’s obtenidos por este método pueden producir pares de fotones entrelazados.

 

En este trabajo, grupos de investigadores de Europa y EUA reportan por primera vez la fabricación de QD’s a partir de nanohoyos en capas de  In_0.52 Al_0.48As, llenados con In_0.53Ga _0.47As. Para evitar deformaciones estructurales, la capa de In_0.52 Al_0.48As se creció epitaxialmente (MBE) sobre un sustrato de InP (100).  En condiciones óptimas de nanohoyos profundos y llenado completo se obtuvo emisión bien definida en la banda C con un semiancho de aproximadamente 245 meV.

 

Este trabajo constituye un paso importante en la fabricación de QD’s libres de deformaciones por el método de gotas embebidas, para aplicaciones como fuentes de pares de fotones entrelazados para sistemas de telecomunicación cuántica.

 

Más detalles en: AIP Advances

Importancia del rompimiento superficial de un enrejado organometálico de Ti en la generación de hidrógeno por foto- o electrocatálisis

 

La creación de catalizadores a nanoescala capaces de descomponer el agua por acción de la luz solar permite producir "hidrógeno verde" y avanzar hacia la energía del hidrógeno. Así se sustituirían recursos energéticos  no renovables como el carbón, el gas y el petróleo, que provocan una contaminación ambiental generalizada. La oxidación del hidrógeno, que genera electricidad, produce agua sin afectar al medio ambiente. De esta agua, se puede volver a extraer hidrógeno, y así sucesivamente. 

Un equipo de científicos de Rusia, India, Egipto, EE.UU. y Arabia Saudita sintetizó  fotocatalizadores esféricos de enrejados organometálicos (MOF por sus siglas del inglés metal-organic framework). Inicialmente sintetizaron partículas esféricas de MOF con titanio (Ti-MOF). Mediante un proceso de recocido convirtieron estas esferas en partículas con estructura núcleo-coraza hueca con doble coraza, Ti-MOF/D. Según los investigadores, la descomposición parcial del Ti-MOF esférico conduce a la formación de una partícula hueca de tipo núcleo-coraza debido a la diferente estructura de las capas interna y externa (véase la figura). Encontraron que, mientras el área superficial del Ti-MOF/D fue siete veces mayor que la del Ti-MOF, la actividad fotocatalítica de la reacción de generación de hidrógeno del Ti-MOF fue 2 veces mayor, mostrando mayor eficiencia cuántica aparente. Consideraron como posible causa, el estado de valencia conmutable del Ti (entre Ti⁺³ y Ti⁺⁴) para el Ti-MOF en función del enlace molecular. Además,  los defectos presentes, la estructura mesoporosa sólida de núcleo-coraza y los sitios activos del Ti-MOF ayudan a atrapar a los portadores de carga y a reducir el proceso de recombinación electrón-hueco. La generación de hidrógeno por electrocatálisis fue similarmente superior en el Ti-MOF.

Las características únicas de los Ti-MOF y Ti-MOF/D propician nuevos estudios empleando esta metodología para controlar las propiedades de nuevos materiales según lo requiera la aplicación.

Más información en Nano-Micro_Small

Crecimiento de alambres cuánticos y uniones de un semiconductor tipo Mott autoensamblados a escala atómica

 

Los continuos avances en las tecnologías cuánticas se basan en la producción de alambres a escala nanométrica. Aunque se han utilizado varias tecnologías nanolitográficas de última generación y procesos de síntesis de abajo hacia arriba para diseñar estos conectores, persisten desafíos críticos en el crecimiento de alambres  cristalinos uniformes a escala atómica y en la construcción de redes nanoestructuradas. En estos sistemas 1-D la interacción entre espines electrónicos se vuelve muy importante y se pueden producir los aislantes o semiconductores tipo Mott, llamados así según el tamaño de la banda prohibida que se genere. Los alambres 1-D crecidos con los procesos aquí descritos hacen posible el estudio de estos dispositivos tipo Mott, lo que contribuye al conocimiento de aspectos básicos de la física de la materia condensada. Asimismo, la fabricación de nanoalambres y uniones 1-D tiene el potencial de aumentar cuantiosamente la integración de circuitos electrónicos.

 

Un grupo de investigadores  de Japón y  de Alemania descubrió un método simple para fabricar alambres a escala atómica, en forma de nano-anillos, líneas y uniones con forma de X o Y. Los alambres monocristalinos de b-RuCl₃ a escala atómica fueron crecidos sobre sustratos de grafito mediante el depósito a láser pulsado, con  el grosor de una celda unitaria. Tienen un ancho exacto de dos y cuatro celdas unitarias (1,4 y 2,8 nm),  longitudes de hasta unos pocos micrómetros y su banda prohibida es comparable a la de los semiconductores de brecha amplia. 

 

Los investigadores fabricaron los patrones para realizar nanocircuitos cuánticos, incluidas uniones atómicamente uniformes y nanoanillos. El equipo formó e integró los patrones de nanoalambres como parte de un proceso de crecimiento de película delgada, promoviendo el autoensamblaje.

 

Los alambres atómicos cristalinos 1-D y las redes que aquí se describen ofrecen una posibilidad sumamente interesante de fenómenos de autoensamblaje no equilibrado al nivel atómico, de estados electrónicos exóticos y tecnologías cuánticas.

 

Mas información en Science Advances

El microscopio de torsión cuántica o QTM (Quantum twisting microscope)

 

Los microscopios electrónicos de barrido actuales nos permiten obtener información acerca de las propiedades electrónicas en un punto particular de la muestra. En este  trabajo se presenta  el concepto de un nuevo tipo de microscopio de efecto túnel, que se ha denominado “microscopio de torsión cuántica” (del inglés “Quantum Twisting Microscope” o QTM). Al QTM se le ha adaptado una sonda  especial con un interferómetro en el ápice. Su operación consiste en realizar experimentos de interferencia local mediante una punta chata (superficie de 200 nm) cubierta con grafito ultradelgado, nitruro de boro hexagonal y un cristal tipo van der Waals, por ejemplo, grafeno.

 

El material de grosor atómico de esta punta está fuertemente adherido a los lados y a la punta chata, de tal manera que las fuerzas netas son mayores que la atracción entre las dos capas de cristales van der Waals de la punta y de la muestra, inclusive para ángulos de torsión extremos.

 

El QTM permite determinar el movimiento de los electrones a lo largo de líneas en el espacio de momentos, del mismo modo en que un microscopio electrónico de barrido de efecto túnel lo hace a lo largo de líneas en el espacio real. El momento del electrón se sintoniza con el momento permitido en la muestra y solo así ocurre el efecto túnel.  Mediante una serie de experimentos a temperatura ambiente, un grupo de investigadores de Israel y Japón demostró cómo, al variar el ángulo de giro de una bicapa de grafeno, se obtienen imágenes de las bandas de energía tanto de una monocapa de grafeno como de una bicapa girada de grafeno. Finalmente, al aplicar una presión local alta se puede visualizar cómo las bandas de energía más baja gradualmente se aplanan en la bicapa girada de grafeno.

 

Así, el QTM abre el camino a nuevas clases de experimentos en cristales tipo Van der Waals y otros materiales cuánticos.

  

Más detalles en: Nature

Contactos universales metal-semiconductor de van der Waals escalable a las obleas

 

Los semiconductores bidimensionales (2D) han atraído interés para ser utilizados en canales ultrafinos de transistores. Sin embargo, las técnicas de metalización convencionales en microelectrónica (como evaporación térmica por haz de electrones, pulverización catódica y depósito por descomposición química de vapores) son procesos de "alta energía" basados en la vaporización del precursor de metales, que provocan el incremento del efecto de anclaje del nivel de Fermi en la interfaz metálica-2D con una altura de barrera de Schottky incontrolable y una gran resistencia de contacto.

 

Los contactos metálicos de van der Waals (vdW), en honor al físico de Países Bajos Johannes Diderik van der Waals, se presentan como un enfoque prometedor para reducir la resistencia de contacto y minimizar el anclaje del nivel de Fermi en la interfaz de semiconductores bidimensionales (2D). Sin embargo, solo un número limitado de metales se puede   exfoliar mecánicamente para fabricar contactos vdW y el proceso de transferencia manual requerido no es escalable en la fabricación de dispositivos. 

 

Investigadores de China recientemente reportaron una metodología universal para la integración de metales vdW escalable a las obleas de Si, que puede aplicarse a un amplio rango de metales y semiconductores. Para lograr la unión metal-semiconductor mediante enlaces vdW, emplearon capas de un polímero fácil de descomponer térmicamente que permite depositar diferentes metales sin dañar los canales del semiconductor 2D subyacente. Posteriormente, la capa amortiguadora polimérica se eliminó en seco a través de un recocido térmico.

 

Con esta técnica, es posible integrar metales como Ag, Al, Ti, Cr, Ni, Cu, Co, Au, Pd como contacto en transistores 2D. Esta nueva estrategia de integración vdW puede extenderse a semiconductores 3D con una minimización del efecto indeseado del anclaje del nivel de Fermi.

 

Artículo publicado en Nature Communications

Primeros estudios a escala atómica de la superficie de la mica

 

La mica es un mineral común, (KAl₂(Si₃Al)O₁₀(OH) ₂, que se encuentra en el granito y ha sido ampliamente estudiado química y geológicamente. 

 

Se sabe que la mica es un material laminado que posee iones K⁺ que decoran la superficie al exfoliarse, pero la estructura de la superficie limpia, es decir, cuando no interactúa con el medio ambiente, no se conoce. Un equipo de la Universidad Tecnológica de Viena recientemente presentó un estudio de la mica a nivel atómico, usando técnicas de Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) en Ultra Alto Vacío, que explica la distribución de los iones de potasio (K⁺) en la superficie de la mica.

 

Los resultados presentan imágenes claras de la distribución de K⁺ de la mica a 4.7K de temperatura y en condiciones de ultra alto vacío (UHV). Los datos revelan la presencia de un ordenamiento de corto alcance, contrario a previas suposiciones de distribuciones aleatorias o completamente desordenadas. Los cálculos basados en la teoría del funcional de la densidad (DFT) y las simulaciones de Monte Carlo muestran que los iones Al³⁺ juegan un papel importante en la disposición de los iones K⁺ de la superficie.

 

Los resultados de este trabajo tienen posible aplicación al fabricar circuitos electrónicos de materiales 2D, como el grafeno, ya que para ello se requieren aislantes adecuados. La mica resulta ser un candidato muy apropiado.

 

Los resultados fueron publicados en Nature Communications

Mas información en Nanotechnology News

Estimulación de zonas profundas del cerebro mediante nanopartículas piezoeléctricas

 

Algunos problemas neuronales se pueden tratar mediante la estimulación eléctrica con electrodos implantados en zonas profundas del cerebro, pero esta técnica tiene el inconveniente de los efectos secundarios resultantes de la inserción de electrodos.

 

Un equipo de investigadores de la República de Corea y de Estados Unidos reportó que la administración sistémica de nanopartículas piezoeléctricas que producen óxido nítrico (NO) genera corriente directa bajo la acción de un campo ultrasónico de alta intensidad enfocado en una zona específica.

 

El efecto de las nanopartículas piezoeléctricas de generar corriente directa al deformarse por la acción de ultrasonido es conocido; el reto fue cómo introducir las nanopartículas a través de la barrera hematoencefálica in vivo. Los autores utilizaron el potencial que tiene el NO, como radical libre con alta reactividad, para abrir la barrera hematoencefálica. El NO se liberó de un  sistema multifuncional N,N’-diN,N’-dinitroso-1,4 fenilenediamina (BNN6)  y las nanopartículas piezoeléctricas utilizadas fueron de titanato de bario recubiertas con polidopamina (pDA). Bajo la acción de ultrasonido, estas nanopartículas efectivamente liberaron NO y produjeron una corriente directa que, a su vez, propició mecanismos de producción del neurotransmisor dopamina. Así, los autores lograron estimular exitosamente el tejido profundo del cerebro de un ratón y aminorar sus manifestaciones de la enfermedad de Parkinson.

 

En este trabajo se verificó el papel crucial de la apertura temporal de la barrera hematoencefálica mediada por NO y se demostró, en un modelo animal, que las partículas piezoeléctricas pueden reducir los síntomas de la enfermedad de Parkinson sin causar toxicidad evidente. Esta estrategia podría inspirar el desarrollo de otras terapias mínimamente invasivas para enfermedades neurodegenerativas.

Más detalles en: Nature Biomedical Engineering

Estados de polarización múltiple inducidos por deslizamiento de capas en ferroeléctricos bidimensionales

 

La familia de materiales ferroeléctricos, cuyas polarizaciones espontáneas pueden conmutarse mediante campos eléctricos, ha crecido significativamente e incluye óxidos con estructura de perovskita, perovskitas híbridas, compuestos orgánicos, entre muchos otros. Los ferroeléctricos han mostrado un tremendo potencial industrial en aplicaciones tales como memoria no volátil, actuadores, transistores de efecto de campo de capacitancia negativa y en dispositivos fotovoltaicos como celdas solares. Muy en particular, los ferroeléctricos 2D han atraído considerable atención en la comunidad científica y tecnológica en los últimos años.

 

Cuando capas atómicas, conformando una estructura de van der Waals no centrosimétrica, se deslizan entre sí, la transferencia de carga entre las capas en la interfaz da como resultado una inversión (conmutación) de la polarización espontánea de la estructura. Este fenómeno se conoce como ferroelectricidad por deslizamiento y es marcadamente diferente a los mecanismos de conmutación en ferroeléctricos convencionales basados en el desplazamiento de iones.

 

Investigadores de China y Singapur reportaron un nuevo formato para controlar la ferroelectricidad por deslizamiento mediante la dependencia de capas. Los autores fabricaron transistores de efecto de campo de doble puerta conteniendo, como elemento dieléctrico-ferroeléctrico, empaquetamientos de varios espesores de capas de MoS₂ en un arreglo romboédrico (3 R MoS₂). En tales dispositivos, obtuvieron estados anómalos de la polarización intermedia en las multicapas 3 R MoS₂ (diferente a las bicapas hexagonales 2 H). Mediante cálculos ab initio utilizando la teoría de funcional de la densidad, proponen un modelo generalizado para describir el proceso de conmutación ferroeléctrica en las multicapas 3 RMoS₂ y para explicar la formación de estos estados de polarización intermedios.

 

El trabajo revela el papel crítico que juegan tanto el número de capas como el acoplamiento dipolar entre las capas en la ferroelectricidad por deslizamiento. Los resultados aportan una nueva estrategia para el diseño de nuevos dispositivos ferroeléctricos deslizantes.

 

El trabajo fue publicado en Nature Communications

Modulación magnetotérmica del crecimiento de células nerviosas dependientes del calcio

El daño a los nervios conduce a discapacidades que afectan gravemente la calidad de vida. Los tratamientos disponibles no garantizan la regeneración completa de los nervios dañados ni la restauración de la función. La cirugía es invasiva e implica la implantación de autoinjertos diseñados para cerrar los espacios entre las terminaciones nerviosas. Sin embargo, tampoco proporciona una regeneración completa. El campo emergente de la neuromodulación magnética mediada por nanopartículas magnéticas (NPM) aprovecha una susceptibilidad magnética diminuta y la baja conductividad de los tejidos biológicos para enviar estímulos de forma inalámbrica a las células en las profundidades del cuerpo. Las NPM pueden diseñarse para convertir campos magnéticos en distintos estímulos físicos, incluidos calor, fuerza y cambios químicos detectados por el mecanismo de señalización celular.

 

Usando síntesis organometálica, los autores obtuvieron NPM monodispersas recubiertas con ácido oleico, de 21 ± 1 nm de diámetro (Fig. 1b). Luego las recubrieron con una capa adicional de copolímero de bloque anfifílico con un espesor promedio de 4 nm, para conferir biocompatibilidad a las NPM en condiciones fisiológicas. Los autores sugieren que el ingreso de Ca²⁺ a las células neuronales en desarrollo contribuye a su crecimiento acelerado. Para probar esta hipótesis, se aplicó la estimulación magnetotérmica remota de un canal iónico termosensible, lo que provoca la entrada de Ca²⁺. La cuantificación de la elongación de los procesos neuronales -las dendritas y el axón- en presencia de NPM disipadores de calor reveló un aumento en el crecimiento después de la estimulación. El estudio in vitro tuvo como objetivo demostrar el potencial de la estimulación magnetotérmica como un medio para acelerar el crecimiento de las células neuronales y ofrecer información sobre el mecanismo que subyace a este efecto.

 

Se espera que la investigación futura se beneficie de la aplicación de esta tecnología in vivo en modelos de trauma.

 

Publicado recientemente en Advanced Functional Materials

Crecimiento controlado de nanopartículas no esféricas

 

Físicos de universidades y centros de investigación de la República de Uzbekistán y de la Federación Rusa desarrollaron una técnica para el crecimiento de nanopartículas no esféricas mediante la implantación de iones.

 

Los investigadores sintetizaron nanopartículas plasmónicas de cobre mediante el bombardeo de un haz de iones de Cu sobre la capa superficial de una cerámica transparente nanocristalina del compuesto MgAl₂O₄con estructura de espinela, escogido por su resistencia a la radiación. El disco cerámico se fabricó empleando el prensado uniaxial en caliente utilizando nanopolvos de MgAl₂O₄. La cerámica fue bombardeada con el haz perpendicular a la superficie, con una dosis de 1 X 10¹⁷ iones de Cu⁺² por cm² en una atmósfera de Ar.

 

Las cerámicas modificadas fueron tratadas térmicamente paso a paso y simultáneamente se realizó el análisis óptico en cada etapa mediante la obtención de espectros de absorción empleando luz monocromática polarizada. Se observó que se sintetizaron nanopartículas plasmónicas elipsoidales, orientadas a lo largo del flujo de iones, durante el bombardeo. El uso de luz polarizada permitió determinar que, durante la implantación, la dirección del flujo iónico incidente ejerce una atracción sobre las nanopartículas plasmónicas. Desarrollaron un modelo matemático, demostrando que la formación de las nanopartículas elipsoidales se debe a la implementación de procesos competitivos de difusión de iones y una mayor actividad de enlaces químicos en la superficie curva de la nanopartícula.

 

Al cambiar la forma de las nanopartículas de esféricas a no esféricas, se aumenta el rango de absorción óptica. Esto, a su vez, es la base para una mayor conversión de energía absorbida en electricidad o calor. Como resultado, se pueden obtener sensores más funcionales y aumentar su rango de sensibilidad. Asimismo, si estas nanopartículas se incrustan en láseres, la potencia de los láseres aumentará. 

 

Una descripción de la tecnología y los resultados de los primeros experimentos fueron publicados en el Journal of Physics and Chemistry of Solids.

 

Más información en Nanotechnology News.

Desarrollo de óxidos mixtos Al2O3-Y2O3 para la deshidratación catalítica de alcoholes derivados de la biomasa

 

Se espera que en 10 años la tecnología para el aprovechamiento de biomasa permita sustituir del 10 al 15 % de los químicos básicos provenientes de fuentes fósiles por aquellos provenientes de la biomasa. 

 

Entre estos químicos se encuentra el isopropanol (2-propanol). Este alcohol puede servir como base para obtener otros productos químicos básicos como propeno o acetona mediante la deshidratación o deshidrogenación del 2-propanol, respectivamente. La ocurrencia de una u otra  reacción dependerá de la razón acidez/basicidad del catalizador utilizado, por lo que modular está propiedad constituye una herramienta muy importante para ajustar la selectividad. El uso de óxidos mixtos ha mostrado ser una estrategia efectiva para modular tales propiedades.

 

Un grupo de científicos del CNyN, del CICESE y de la Universidad de Tabasco de México, estudió la transformación de isopropanol utilizando catalizadores de óxidos mixtos binarios de Al₂O₃-Y₂O₃. Congruentemente, los experimentos demostraron que con el ajuste del porcentaje en peso de Y₂O₃ (0, 25, 50, 75 y 100 %) se modifican las propiedades texturales y electrónicas, la morfología y la estructura cristalina.

 

En cuanto a la morfología, se encontró que la muestra de alúmina estaba compuesta por nanovarillas que forman microesferas huecas tipo erizo. En cambio, los óxidos mixtos Al₂O₃-Y₂O₃ propiciaron microesferas sólidas, cuyo tamaño mostraba un aumento con el contenido de itria. En contraste, el porcentaje de nanovarillas mostró una disminución con el aumento de itria. Por otro lado, la muestra de itria mostró una morfología completamente distinta compuesta por microplacas y microbastones. Con ello, la morfología esférica se atribuye a la mezcla de fases. Asociado al cambio de morfología, se encontró que el área específica disminuye al aumentar el porcentaje de itria.

 

El trabajo demuestra que los óxidos mixtos Al₂O₃-Y₂O₃ son apropiados para regular la selectividad en la transformación a isopropanol. En específico, los óxidos mixtos Al₂O₃-Y₂O₃ mostraron un efecto sinérgico para aumentar la basicidad y por lo tanto la selectividad a acetona.

 

El trabajo fue publicado recientemente en Applied Catalysis B: Environmental

Robot de síntesis química habilitado con inteligencia artificial para la exploración y optimización de nanomateriales

 

Los nanomateriales poseen propiedades físicas y químicas únicas, que se pueden controlar mediante su forma y su tamaño. El control de la morfología de los nanomateriales es crucial para ajustar sus propiedades ópticas, eléctricas y magnéticas, sin embargo, a pesar de la disponibilidad de varias rutas sintéticas, encontrar las condiciones óptimas es un gran desafío. Como resultado, la síntesis de nanomateriales a menudo sufre de irreproducibilidad, bajo rendimiento y polidispersidad. 

 

Investigadores de la Universidad de Glasgow, UK, desarrollaron un robot de síntesis química autónoma para la exploración inteligente, el descubrimiento y la optimización de nanoestructuras (AI-EDIDON, del inglés) conducidas por algoritmos de aprendizaje automático, teoría y retroalimentación espectroscópica en tiempo real, que controlan las condiciones de reacción y permiten la creación selectiva de plantillas de reacciones. En particular, la exploración abierta de la síntesis de múltiples pasos mediada por semillas de nanopartículas de oro (AuNP) a través de la caracterización ultravioleta-visible en línea los condujo al descubrimiento de cinco categorías de nanopartículas. La plataforma optimizó las nanoestructuras con las propiedades ópticas deseadas mediante la combinación de experimentos y simulaciones de espectro de extinción para lograr un rendimiento de hasta el 95 %. 

 

El desarrollo de tales arquitecturas robóticas de precisión autónomas capaces de realizar experimentos paralelos, con un sistema de control de lazo cerrado guiado por algoritmos de aprendizaje automático, puede proporcionar un camino viable para abordar la alta dimensionalidad y la sensibilidad a las condiciones de síntesis de nanomateriales.

 

Publicado en Science Advances

Una revisión sobre nanopartículas: tipos, síntesis, caracterización y aplicaciones

Los nanomateriales han ocupado un lugar destacado en los avances tecnológicos modernos en los campos químico, médico, agrícola y otros, debido a sus características físicas, químicas y biológicas, y a la posibilidad de controlarlas fácilmente, en especial cuando se comparan con contrapartes más voluminosas. Los científicos han desarrollado un gran número de metodologías diferentes de producir nuevos nanomateriales, así como de procedimientos para utilizarlos. Existen numerosas fuentes de nanopartículas y materiales nanoestructurados, tanto naturales como fabricados en laboratorios. Uno de los principales nanomateriales que contribuyen a la nanotecnología son las nanopartículas. 

El artículo de revisión clasifica y resume varios métodos para producir nanopartículas a partir de metales, óxidos metálicos, semiconductores, polímeros y otros compuestos. Se propone que los métodos para la síntesis de nanopartículas se dividan en tres grandes grupos: físicos, químicos y biológicos. Se están desarrollando activamente "enfoques verdes", como la síntesis de nanopartículas a partir de extractos de plantas y biomoléculas de microorganismos, que conducen a procesos tecnológicos con toxicidad reducida o nula en comparación con otros métodos. Este artículo de revisión permite comparar nanopartículas y materiales nanoestructurados sintéticos y naturales, comparar sus características a nanoescala e identificar aplicaciones específicas de las nanopartículas y los materiales nanoestructurados.

 

Publicado recientemente en Biointerface Research in Applied Chemistry

Películas de nanocompuestos aumentan la disipación de calor en dispositivos electrónicos delgados

 

En los últimos años, ha habido un gran avance en la tecnología electrónica que ha desarrollado dispositivos más delgados, livianos, flexibles y robustos. A medida que los dispositivos se vuelven más delgados, el espacio para acomodar los componentes de trabajo internos se reduce considerablemente. Sin embargo, esto genera un problema de disipación de calor en los dispositivos muy delgados, debido a que los materiales convencionales usados para disipar calor son voluminosos y difíciles de integrar en esta nueva tecnología. 

 

Científicos de Japón diseñaron películas flexibles de difusión térmica, hechas de una matriz de nanofibras de celulosa y relleno de fibras de carbono alineadas en una dirección, utilizando patrones tridimensionales en fase líquida. Las películas preparadas mostraron una gran anisotropía de conductividad térmica en el plano, lo que aumentó la disipación de calor y evitó la interferencia térmica de las fuentes de calor hacia los dispositivos electrónicos de película delgada. Las películas flexibles exhibieron una alta anisotropía de conductividad térmica en el plano de 433 %, combinada a una conductividad térmica de 7,8 W/mK en la dirección de las fibras y una conductividad térmica de 1,8 W/mK en la dirección perpendicular a las fibras del plano. Esta notable conductividad térmica y anisotropía en el plano mostraron la capacidad de enfriar significativamente los dispositivos, así como de enfriar dos fuentes de calor muy próximas sin interferencia térmica. Las fibras de carbono pueden extraerse mediante tratamiento térmico a 450 °C y reutilizarse como material termoconductor.

 

La disipación de calor mediante películas flexibles fabricadas con nanocompuestos permitirá el desarrollo de dispositivos más delgados sin el obstáculo de la acumulación de calor.

  

Los resultados se publicaron en ACS Applied Mater Interfaces

 

Más información en Nanotechnology News

Zeolitas Magnéticas: Clasificación, Rutas de Síntesis y Aplicaciones Tecnológicas

 Las zeolitas tienen importantes aplicaciones industriales relacionadas con la adsorción y la catálisis. Una posibilidad interesante es la incorporación de nanopartículas magnéticas en los cristales de zeolita para que el compuesto resultante pueda responder a un campo magnético externo. Los autores de este artículo propusieron una clasificación de las zeolitas magnéticas en función de sus características estructurales: 

 

Tipo I - partículas magnéticas internas: las zeolitas se crecen en presencia de nanopartículas magnéticas, de modo que éstas resultan estar encapsuladas;

 

Tipo II: partículas magnéticas en la superficie de la zeolita;

 

Tipo III - núcleo magnético único: partículas magnéticas recubiertas con capas de zeolita;

 

Tipo IV - nanoaglomerados: el tamaño de las partículas de zeolitas y compuestos magnéticos es inferior a 100 nm;

 

Tipo V - compuestos trimodales: inclusión de compuestos magnéticos de zeolita en una matriz polimérica que impide que el oxígeno llegue a su superficie.

 

Las zeolitas magnéticas tienen aplicación en problemas ambientales o catalíticos actuales.  Una de sus ventajas es la eficiencia económica, ya que los materiales de partida son baratos: óxidos de hierro magnéticos y zeolitas, tanto naturales como sintéticos. Sus propiedades de adsorción se utilizan para eliminar iones metálicos tóxicos de metales de transición, y radiactivos presentes en soluciones acuosas, así como para extraer compuestos orgánicos, incluyendo colorantes y aceites, de medios líquidos. La combinación de zeolitas con partículas magnéticas mejora significativamente las propiedades catalíticas de las zeolitas y simplifica la eliminación de catalizadores del reactor. Cabe destacar algunas de las nuevas aplicaciones, como los sistemas de administración de fármacos, la inmovilización de enzimas, los biosensores y el control bacteriano.

 

Publicado en Journal of Magnetism and Magnetic Materials

Mejoran el rendimiento de la electrónica en semiconductores de dos dimensiones (2D)

 

Los semiconductores bidimensionales (2D) podrían potencialmente reemplazar al silicio en futuros dispositivos electrónicos. Sin embargo, la baja movilidad de los portadores en los semiconductores 2D a temperatura ambiente, causada por una fuerte dispersión de fonones, sigue siendo un desafío crítico. 

 

Investigadores de Universidades de Shangai, Hong Kong y Singapur descubrieron recientemente que el rendimiento de la electrónica en materiales 2D mejora notablemente al crear ondas en un material como el disulfuro de molibdeno (MoS₂).  

 

Encontraron que las distorsiones de red reducen la dispersión de electrones y fonones en materiales 2D y, por lo tanto, mejoran la movilidad del portador de carga. Indujeron distorsiones de red en disulfuro de molibdeno 2D (MoS₂) utilizando sustratos abultados, que crearon ondas en el material 2D que condujeron a un cambio en la constante dieléctrica y a una dispersión de fonones suprimida. El MoS₂ ondulado mostró una mejora de dos órdenes de magnitud en la movilidad a temperatura ambiente. La movilidad alcanzó  ∼900 cm² V⁻¹s⁻¹, lo que supera la movilidad limitada en MoS₂ plana por fonones, prevista en 200–410 cm²  V⁻¹s⁻¹. 

 

Este enfoque se puede utilizar para crear dispositivos termoeléctricos y transistores de efecto de campo a temperatura ambiente de alto rendimiento.

 

Los resultados fueron publicados en Nature Electronics.

 

Mas información en Nanotechnology News.